Adeninstruktur, Biosynthese, Funktionen

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Egbert Haynes

Das Adenin Es ist eine stickstoffhaltige Base vom Purintyp, die in ribonukleären (RNA) und desoxyribonukleären (DNA) Säuren lebender Organismen und Viren vorkommt. Einige der Funktionen dieser Biopolymere (RNA und DNA) sind die Speicherung, Replikation, Rekombination und Übertragung genetischer Informationen.

Um Nukleinsäuren zu bilden, bildet zunächst das Stickstoffatom 9 von Adenin eine glykosidische Bindung mit dem Hauptkohlenstoff 1 (C1 ') von Ribose (von RNA) oder 2'-Desoxyribose (von DNA). Auf diese Weise bildet Adenin das Nucleosid Adenosin oder Adenosin.

Quelle: Pepemonbu [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]

Zweitens bildet die Hydroxylgruppe (-OH) des 5'-Kohlenstoffs des Zuckers (Ribose oder 2'-Desoxyribose) von Adenosin eine Esterbindung mit einer Phosphatgruppe..

In lebenden Zellen kann es abhängig von der Anzahl der vorhandenen Phosphatgruppen Adenosin-5'-monophosphat (AMP), Adenosin-5'-diphosphat (ADP) und Adenosin-5'-triphosphat (ATP) sein. Äquivalente mit 2'-Desoxyribose existieren ebenfalls. Zum Beispiel Desoxyadenosin-5'-monophosphat (dAMP) usw..

Artikelverzeichnis

  • 1 Struktur und Eigenschaften
  • 2 Biosynthese
  • 3 Rollen im oxidativen und reduktiven Stoffwechsel
  • 4 Funktionen in der Genexpression
  • 5 Funktionen im Energiestoffwechsel
  • 6 Andere Funktionen
  • 7 Präbiotische Synthese
  • 8 Verwendung als therapeutischer und Zellkulturfaktor
  • 9 Referenzen

Struktur und Eigenschaften

Adenin, 6-Aminopurin genannt, hat die empirische Formel C.5H.5N.5, und hat ein Molekulargewicht von 135,13 g / mol, das als blassgelber Feststoff mit einem Siedepunkt von 360ºC gereinigt wird..

Sein Molekül hat eine chemische Doppelringstruktur mit konjugierten Doppelbindungen, bei der es sich um die Fusion eines Pyrimidins mit einer Imidazolgruppe handelt. Aus diesem Grund ist Adenin ein flaches heterocyclisches Molekül..

Es hat eine relative Löslichkeit von 0,10 g / ml (bei 25 ° C) in sauren und basischen wässrigen Lösungen mit einem pKa von 4,15 (bei 25 ° C)..

Aus dem gleichen Grund kann es durch Absorption bei 263 nm (mit einem Absorptionskoeffizienten von E) nachgewiesen werden1,2 mM = 13,2 M.-1.cm-1 in 1,0 M HCl), Fläche des elektromagnetischen Spektrums, die dem nahen Ultraviolett entspricht.

Biosynthese

Die Biosynthese von Purinnukleotiden ist bei praktisch allen Lebewesen identisch. Es beginnt mit der Übertragung einer Aminogruppe von Glutamin auf das Substrat 5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphat (PRPP) und produziert 5-Phosphoribosylamin (PRA)..

Dies ist eine Reaktion, die durch Glutamin-PRPP-Transferase, ein Schlüsselenzym bei der Regulation dieses Stoffwechselwegs, katalysiert wird..

Nach aufeinanderfolgenden Zugaben der Aminosäuren Glutamin, Glycin, Methenylfolat, Aspartat, N.10-Formylfolat zu PRA, einschließlich Kondensationen und Ringschluss, wird in Inosin-5'-monophosphat (IMP) hergestellt, dessen heterocyclische Einheit Hypoxanthin (6-Oxypurin) ist..

Diese Zusätze werden durch die Hydrolyse von ATP zu ADP und anorganischem Phosphat (Pi) angetrieben. Anschließend wird eine Aminogruppe aus Aspartat in einer Reaktion, die mit der Hydrolyse von Guanosintriphosphat (GTP) gekoppelt ist, zum IMP hinzugefügt, um schließlich AMP zu erzeugen.

Letzteres übt die Kontrolle über diesen Biosyntheseweg durch negative Rückkopplung aus und wirkt auf die Enzyme, die die Bildung von PRA und die Modifikation von IMP katalysieren.

Wie beim Abbau anderer Nukleotide durchläuft die Stickstoffbase von Adenosin-Nukleotiden einen Prozess, der als "Recycling" bezeichnet wird..

Das Recycling besteht aus der Übertragung einer Phosphatgruppe von PRPP auf Adenin und bildet AMP und Pyrophosphat (PPi). Es ist ein einzelner Schritt, der durch das Enzym Adeninphosphoribosyltransferase katalysiert wird.

Rollen im oxidativen und reduktiven Stoffwechsel

Adenin ist Teil mehrerer wichtiger Moleküle im oxidativen Stoffwechsel, die folgende sind:

  1. Flavinadenindinukleotid (FAD / FADHzwei) und Nicotinamidadenindinukleotid (NAD+/ NADH), die an Oxidations-Reduktions-Reaktionen teilnehmen, bei denen Hydridionen übertragen werden :: H.-).
  2. Coenzym A (CoA), das an der Aktivierung und Übertragung von Acylgruppen beteiligt ist.

Während des oxidativen Stoffwechsels NAD+ es fungiert als Elektronenakzeptorsubstrat (Hydridionen) und bildet NADH. Während FAD ein Cofaktor ist, der Elektronen akzeptiert und zu FADH wirdzwei.

Andererseits bildet Adenin Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADP)+/ NADPH), das an der Reduzierung des Stoffwechsels beteiligt ist. Beispielsweise ist NADPH ein Elektronendonorsubstrat während der Lipid- und Desoxyribonukleotid-Biosynthese..

Adenin ist Teil der Vitamine. Zum Beispiel ist Niacin der Vorläufer von NAD+ und NADP+ und Riboflavin ist der Vorläufer von FAD.

Funktionen in der Genexpression

Adenin ist Teil von S-Adenosylmethionin (SAM), einem Methylradikaldonor (-CH)3) und ist an der Methylierung von Adenin- und Cytosinresten in Prokaryoten und Eukaryoten beteiligt.

In Prokaryoten stellt die Methylierung ein eigenes DNA-Erkennungssystem bereit, wodurch die DNA vor ihren eigenen restriktiven Enzymen geschützt wird..

Bei Eukaryoten bestimmt die Methylierung die Genexpression; Das heißt, es wird festgelegt, welche Gene exprimiert werden sollen und welche nicht. Darüber hinaus können Adeninmethylierungen Reparaturstellen für beschädigte DNA markieren..

Viele Proteine, die an DNA binden, wie z. B. Transkriptionsfaktoren, haben Aminosäurereste wie Glutamin und Asparagin, die mit dem N-Atom Wasserstoffbrückenbindungen eingehen.7 von Adenin.

Funktionen im Energiestoffwechsel

Adenin ist Teil von ATP, einem hochenergetischen Molekül. Das heißt, seine Hydrolyse ist exergonisch und die freie Gibbs-Energie ist ein hoher und negativer Wert (-7,0 Kcal / mol). In Zellen ist ATP an vielen Reaktionen beteiligt, die Energie erfordern, wie z.

- Verstärken Sie enzymkatalysierte endergonische chemische Reaktionen, die am Zwischenstoffwechsel und Anabolismus beteiligt sind, durch die Bildung energiereicher Zwischenprodukte oder gekoppelter Reaktionen.

- Förderung der Proteinbiosynthese in Ribosomen durch Ermöglichung der Veresterung von Aminosäuren mit ihrer entsprechenden Transfer-RNA (tRNA) zur Bildung von Aminoacyl-tRNA.

- Steigern Sie die Bewegung von Chemikalien über Zellmembranen. Es gibt vier Arten von Transporterproteinen: P, F, V und ABC. Die Typen P, F und V tragen Ionen und der Typ ABC trägt Substrate. Zum Beispiel Na ATPase+/ K.+, Klasse P, Sie benötigen ein ATP, um in die Zelle zwei K zu pumpen+ und aus drei Na+.

- Steigern Sie die Muskelkontraktion. Liefert die Energie, die das Gleiten des Aktinfilaments über Myosin lenkt.

- Nukleartransport fördern. Wenn die Beta-Untereinheit des heterodimeren Rezeptors an ATP bindet, interagiert sie mit Komponenten des Kernporenkomplexes.

Andere Funktionen

Adenosin dient als Ligand für Rezeptorproteine, die in Neuronen und Zellen des Darmepithels vorhanden sind, wo es als extrazellulärer oder neuromodulatorischer Botenstoff fungiert, wenn Änderungen im zellulären Energiestoffwechsel auftreten.

Adenin ist in starken antiviralen Wirkstoffen wie Arabinosiladenin (araA) enthalten, das von einigen Mikroorganismen produziert wird. Darüber hinaus ist es in Puromycin enthalten, einem Antibiotikum, das die Proteinbiosynthese hemmt und von Mikroorganismen der Gattung produziert wird Streptomyces.

In AMP dient es als Substrat für Reaktionen, die das zyklische Second-Messenger-AMP (cAMP) erzeugen. Diese Verbindung, die vom Enzym Adenylatcyclase produziert wird, ist in einem großen Teil der intrazellulären Signalkaskaden essentiell, die für die Zellproliferation und das Überleben sowie für Entzündungen und Zelltod erforderlich sind..

Sulfat im freien Zustand ist nicht reaktiv. Sobald es in die Zelle gelangt, wird es zu Adenosin-5'-phosphosulfat (APS) und anschließend zu 3'-Phosphoadenosin-5'-phosphosulfat (PAPS). Bei Säugetieren ist PAPS der Donor von Sulfatgruppen und bildet organische Sulfatester wie die von Heparin und Chondroitin..

Bei der Cysteinbiosynthese dient S-Adenosylmethionin (SAM) als Vorstufe für die Synthese von S-Adenosylhomocystein, das in mehreren durch Enzyme katalysierten Schritten in Cystein umgewandelt wird..

Präbiotische Synthese

Experimentell wurde gezeigt, dass Cyanwasserstoff (HCN) und Ammoniak (NH) erhalten bleiben3) wird unter ähnlichen Laborbedingungen wie auf der frühen Erde Adenin in der resultierenden Mischung erzeugt. Dies geschieht, ohne dass lebende Zellen oder Zellmaterial vorhanden sein müssen..

Zu den präbiotischen Bedingungen gehören die Abwesenheit von freiem molekularem Sauerstoff, eine stark reduzierende Atmosphäre, intensive ultraviolette Strahlung, große Lichtbögen, wie sie bei Stürmen erzeugt werden, und hohe Temperaturen. Dies setzt voraus, dass Adenin die wichtigste und am häufigsten vorkommende Stickstoffbase war, die während der präbiotischen Chemie gebildet wurde..

Somit würde die Synthese von Adenin einen Schlüsselschritt darstellen, der den Ursprung der ersten Zellen ermöglichen würde. Diese mussten eine Membran haben, die ein geschlossenes Kompartiment bildete, in dem sich die Moleküle befanden, die zum Aufbau der ersten biologischen Polymere erforderlich waren, die für die Selbstbeständigkeit erforderlich waren..

Verwendung als therapeutischer und Zellkulturfaktor

Adenin ist zusammen mit anderen organischen und anorganischen chemischen Verbindungen ein wesentlicher Bestandteil des Rezepts, das in allen Labors für Biochemie, Genetik, Molekularbiologie und Mikrobiologie weltweit verwendet wird, um lebensfähige Zellen im Laufe der Zeit zu züchten..

Dies liegt daran, dass wilde normale Zellsorten verfügbares Adenin aus der Umgebung nachweisen, einfangen und zur Synthese ihrer eigenen Adeninnukleoside verwenden können..

Dies ist eine Form des Zellüberlebens, die interne Ressourcen spart, indem komplexere biologische Moleküle aus einfachen Vorläufern synthetisiert werden, die von außen entnommen werden..

In experimentellen Modellen für chronische Nierenerkrankungen weisen Mäuse eine Mutation im Adeninphosphoribosyltransferase-Gen auf, die ein inaktives Enzym produziert. Diesen Mäusen werden intravenös kommerzielle Lösungen verabreicht, die Adenin, Natriumcitrat und Glucose enthalten, um ihre schnelle Erholung zu fördern..

Diese Behandlung basiert auf der Tatsache, dass PRPP, der ursprüngliche Metabolit für die Purinbiosynthese, aus Ribose-5-phosphat über den Pentosephosphatweg synthetisiert wird, dessen Ausgangsmetabolit Glucose-6-phosphat ist. Viele dieser Lösungen sind jedoch nicht von internationalen Regulierungsbehörden für den menschlichen Gebrauch zugelassen..

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